JP4010271B2

JP4010271B2 - Ｆｒｐサンドイッチパネル用ハニカム構造体

Info

Publication number: JP4010271B2
Application number: JP2003113355A
Authority: JP
Inventors: 広幸小山
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-04-17
Filing date: 2003-04-17
Publication date: 2007-11-21
Anticipated expiration: 2023-04-17
Also published as: JP2004314508A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、繊維強化プラスチック（以後ＦＲＰとする）サンドイッチパネルの芯材として用いるハニカム構造体、及びこのハニカム構造体を用いるＦＲＰサンドイッチパネルの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＦＲＰ製品の成形法として、ＲＩ法（レジンインジェクション法）、ＲＴＭ法（レジントランスファーモールディング法）、Ｓ−ＲＩＭ法（エスリム法：structural reaction injection molding)が知られている。これらの成形法によれば、ＦＲＰ製品は、強化材である繊維基材を型内にセットし、型を閉じ、型の一部からポンプ圧等で樹脂液（溶融樹脂または一液もしくは二液タイプの硬化性樹脂又は反応性モノマー）を注入して繊維基材に含浸させ、それを常温又は加熱下で硬化させることによって製造される。
【０００３】
ＦＲＰ製品を軽量化するには、製品内部を中空（空洞）にするのが最も効果的であるが、その製造方法は複雑となり実施困難な場合が多い。そのため軽量コア材を内蔵させたＦＲＰ製品（以後ＦＲＰサンドイッチパネルとする）が作られるようになってきている。特に耐衝撃性が求められるＦＲＰ製品では、内部を中空化するよりも、発泡ポリウレタン、発泡ポリスチレン、発泡ポリプロピレン等の軽量コア材を内蔵させたほうが良い。
【０００４】
そのようなＦＲＰサンドイッチパネルは、例えば、発泡成形により軽量コア材を作り、このコア材の外面に補強繊維層を設けて型内にセットした後、型内に樹脂液を注入し、補強繊維層に樹脂液を含浸させ、硬化させることにより製造されている。コア材としては軽量の発泡ポリウレタン（ポリウレタンフォーム）がよく使用される。コア材に使う目的で製造された発泡成形体は、アニール処理により、即ち該材料の熱変形温度より５〜10℃低い温度で空気中にて数十分〜数時間加熱したのち徐冷する加熱処理により、残留する内部応力の除去及び未反応分の充分な硬化をしてからコア材として使用される。
【０００５】
コア材として発泡ポリウレタンを使用しＳ−ＲＩＭ法等の成形法により製造されたＦＲＰサンドイッチパネルは、図１に示されているように比較的厚い発泡ポリウレタンコア層１の周囲をＦＲＰ層２で密閉した断面構造となる。発泡ポリウレタンが軽量でも、相対的にその体積が大きいためＦＲＰサンドイッチパネル全体に占めるコア部分の重量割合は大きく、例えばポリウレタンコア部分の重量が全体の25％を占める場合もある。そこで発泡倍率を上げて一段と軽量化された低密度発泡ポリウレタンをコア材として用いてＦＲＰサンドイッチパネルの一層の軽量化を図る試みが為されている。
【０００６】
しかしながら、低密度発泡ポリウレタンは特に圧縮強度が低いので、コア材として使用すると注入された樹脂液の圧力によりセルが破壊し、ＦＲＰ用樹脂が発泡ポリウレタンコアに浸透するという問題があった。このため思う様な軽量化を達成することができなかった。コア材として連通気泡性ポリウレタンを使用する時は特にその傾向が著しい。
【０００７】
このような問題を解決するため、発泡ポリウレタンコア層とＦＲＰ層からなるＦＲＰサンドイッチパネルにおいて、発泡ポリウレタンコア層とＦＲＰ層の間に樹脂層を設けることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。発泡ポリウレタンコア層の表面に樹脂層を形成することにより、ＦＲＰマトリックス樹脂が発泡ポリウレタンコア層に浸透することが防がれ、ＦＲＰサンドイッチパネルの軽量化を達成することができる。
【０００８】
【特許文献１】
特開平５−１４７０４８号公報（第２−３頁、図１）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、発泡ポリウレタン層の表面に樹脂層を設けると、この樹脂層とＦＲＰマトリックス樹脂との親和性の点から接着強度が期待することができず、得られるＦＲＰサンドイッチパネルにおいて、ＦＲＰ層が発泡ポリウレタン層から剥離するという問題がある。さらに、このＦＲＰサンドイッチパネルの製造において、型外部からＦＲＰ補強繊維に樹脂液を注入し含浸させているが、この樹脂液注入は煩雑で、技術的にも困難な問題である。
【００１０】
本発明は、上記問題点を解消し、型外部から樹脂液を注入することなくＦＲＰサンドイッチパネルを製造することができ、またＦＲＰ補強繊維からの剥離の問題も起こすことのない、ＦＲＰサンドイッチパネル用ハニカム構造体、及びこのハニカム構造体を用いたＦＲＰサンドイッチパネルの製造方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために本発明によれば、中空柱状のセルの平面集合体であって、前記セルの中空部に発泡性樹脂粒子を内装し、かつ前記発泡性樹脂粒子を覆うように前記セルの開口部にＦＲＰマトリックス用樹脂を充填したハニカム構造体が提供される。
【００１２】
また、上記問題点を解決するために本発明によれば、上記のハニカム構造体の２つの主要面上に補強繊維を配置し、成形型内に入れ、型締め後、加熱して樹脂を溶融させるとともに発泡性樹脂粒子を発泡させ、補強繊維中に溶融樹脂を押出し、樹脂を硬化させることを特徴とする、ＦＲＰサンドイッチパネルの製造方法が提供される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面を参照して説明する。図２は本発明のハニカム構造体の一態様を示す斜視図であり、図３は図２のＡ−Ａ’における縦断面図である。このハニカム構造体３は、セル壁４に囲まれた中空柱状のセルの平面集合体（ハニカム基材）９からなり、セルの中空部には発泡性樹脂粒子５が内装され、かつ前記発泡性樹脂粒子５を覆うように前記セルの開口部にＦＲＰマトリックス用樹脂６が充填されている。
【００１４】
このハニカム基材９を構成する材質としては、アルミニウム等の金属、アラミド等の樹脂、セルロース（紙）、又は補強繊維に樹脂を含浸させたＦＲＰを用いることができる。セルの形状は特に制限はなく、その横断面が円形、楕円形、多角形（三角、四角、五角、六角等）であってよい。また、セルの大きさ及びセル壁の厚みについても特に制限はなく、目的、用途に応じて適宜設計可能である。このハニカム構造体の厚み（図３におけるｄ）は、好ましくは５ｍｍ以上である。
【００１５】
発泡性樹脂粒子５としては、いわゆる発泡スチロール等の原料となるポリスチレンビーズや、その中心にハイドロカーボンを含有する熱可塑性樹脂の球状粒子を用いることができる。この発泡性樹脂粒子５は、好ましくは発泡倍率が100〜500倍であり、粒径が10μｍ〜１ｍｍであるものである。
【００１６】
ＦＲＰマトリックス用樹脂６としては、室温においてはゲル状もしくは固体であり、加熱によって溶融流出し、その後硬化するものであればよく、例えば半硬化状態のエポキシ樹脂、不飽和ポリエステル等を用いることができる。この樹脂６中には、硬化剤、難燃剤等を添加してもよい。
【００１７】
セルの中空部における発泡性樹脂粒子５及びＦＲＰマトリックス用樹脂６の体積割合は、発泡性樹脂粒子５が好ましくは10〜50％、より好ましくは40％、ＦＲＰマトリックス用樹脂６が好ましくは50〜90％、より好ましくは60％である。
【００１８】
このハニカム構造体は、例えば図４に示すようにして製造することができる。まず、所定の厚みのＦＲＰマトリックス用樹脂６のシートにハニカム基材９を押し込み（図４ａ）、ハニカム基材９の片面側のセルの開口部を樹脂６で塞ぐ（図４ｂ）。次いで、セルの中空部に発泡性樹脂粒子５を所定量充填し（図４ｃ）、セルの開口部上に所定の厚みのＦＲＰマトリックス用樹脂６のシートで覆う（図４ｄ）。次いでプレス等によりハニカム基材９が潰れない程度に圧をかけ、開口部を塞ぎ、最後に型内に投入し、加熱、硬化させる（図４ｅ）。
【００１９】
図５及び図６は、上記のハニカム構造体を用いたＦＲＰサンドイッチパネルの製造工程を示す。まず、図５に示すように、上記ハニカム構造体３の２つの主要面上に補強繊維７を配置し、型８内に入れる。補強繊維７としては、ＦＲＰに一般に用いられている繊維を用いることができ、例えばガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、セラミック繊維、金属繊維等を用いることができる。これらの繊維に、必要に応じてポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維、ポリアミド繊維等の有機繊維を混合して堆積物を得、それを特定形状に圧縮成形又は吸引濾過成形するか、ニードルパンチでマット状に成形する等して製造したものであってもよい。
【００２０】
こうして型８内にハニカム構造体３及び補強繊維７を配置した後、型締めを行い、加熱する。すると、図６に示すように、樹脂６が溶融し、同時にもしくはその後、発泡性樹脂粒子５が150〜200倍に発泡し、セル内の中空部を満たす。この際、セルの開口部を覆っていた樹脂６は溶融状態にあるため、発泡性樹脂粒子５の発泡に伴い、セルの中空部から補強繊維７に向かって押出され、補強繊維を含浸する。その後、粒子５はなおも発泡を続けようとするが、周囲をセル壁面４に拘束されているため、補強繊維７を型８の面に押し付けるように作用する。この状態を保持し、樹脂６を硬化させ、冷却後、型８から取り出すことによってＦＲＰサンドイッチパネルを得ることができる。
【００２１】
加熱温度は、使用する発泡性樹脂粒子５及び樹脂６に応じて、すなわち発泡性樹脂粒子５が十分に発泡し、かつ樹脂６が溶融するに十分な温度に達するように決定する。具体的には、発泡性樹脂粒子５としてポリプロピレン樹脂粒子を用い、樹脂６としてエポキシ樹脂を用いた場合、120℃程度に加熱する。
【００２２】
【発明の効果】
本発明のハニカム構造体を用いることにより、型の外から樹脂液を注入する必要がなく、簡易にＦＲＰサンドイッチパネルを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のコア内蔵ＦＲＰ成形品の断面図である。
【図２】本発明のハニカム構造体の斜視図である。
【図３】図２におけるＡ−Ａ’の断面図である。
【図４】ハニカム構造体の製造工程を示す図である。
【図５】本発明のハニカム構造体を用いたＦＲＰサンドイッチパネルの製造工程を示す図である。
【図６】本発明のハニカム構造体を用いたＦＲＰサンドイッチパネルの製造工程を示す図である。
【符号の説明】
１…発泡ポリウレタンコア層
２…ＦＲＰ層
３…ハニカム構造体
４…セル壁
５…発泡性樹脂粒子
６…ＦＲＰ用樹脂
７…補強繊維
８…型
９…ハニカム基材

Claims

中空柱状のセルの平面集合体であって、前記セルの中空部に発泡性樹脂粒子を内装し、かつ前記発泡性樹脂粒子を覆うように前記セルの開口部にＦＲＰマトリックス用樹脂を充填したハニカム構造体。
請求項１記載のハニカム構造体の２つの主要面上に補強繊維を配置し、成形型内に入れ、型締め後、加熱して樹脂を溶融させるとともに発泡性樹脂粒子を発泡させ、補強繊維中に溶融樹脂を押出し、樹脂を硬化させることを特徴とする、ＦＲＰサンドイッチパネルの製造方法。